摘要：傳統電(dian)磁流量計 在消(xiāo)除微分幹擾時(shí)大多數采用在(zai)硬件電路上消(xiao)除或者避開微(wei)分幹擾時段進(jìn)行采樣，很少研(yán)究影響幹擾的(de)💔原因。基于真實(shi)電極情況，建立(li)電極回路測量(liang)模型并基于模(mo)型進行電極信(xin)号仿真，研究了(le)傳感器參數和(hé)電極參數變化(huà)對微分幹擾的(de)影響。結果表明(míng)，當參數取值不(bú)同時尖峰幹擾(rao)也不相同，從而(ér)爲研究和消除(chú)幹擾減小測量(liàng)誤差提供☂️理論(lun)🌐依據。
電磁流量(liang)計是基于法拉(lā)第電磁感應定(ding)律的流量儀表(biao)，主♊要由傳感器(qì)和變送器組成(cheng)，傳感器将待測(cè)📱流體轉換🏃‍♀️成電(dian)信号，變送器對(duì)電信号進行一(yī)系列🥰的處理轉(zhuan)換成實際對應(ying)的流🐕量。理想情(qing)況下電極♌上感(gǎn)應出的電勢與(yu)流體流速成正(zhèng)比，但在實際中(zhōng)⚽電極信号摻雜(za)許多幹擾信号(hao)，主要的幹擾爲(wei)微分幹擾、同向(xiàng)幹擾、工頻幹擾(rao)、共模幹擾、串模(mo)幹擾、漿液幹擾(rao)和極化幹擾等(děng)。爲确保流量計(ji)測量準确性須(xū)對📱幹擾進行抑(yi)制，如🔞采用交流(liú)勵磁克服極化(huà)幹擾❄️、高共模抑(yi)⭐制比差分放大(da)器克服共模幹(gan)擾、勵磁頻🌍率爲(wei)工頻整數倍克(kè)服工頻幹擾、良(liang)好接⛱️地技術和(hé)🙇‍♀️靜電屏蔽克服(fú)串模幹擾、漿液(ye)噪聲符合1／f特性(xìng)可通㊙️過提☂️高勵(lì)磁頻率加以克(kè)服。
　　當采用交流(liu)勵磁時，由于存(cún)在勵磁線圈等(deng)效電感，勵磁切(qiē)換過⭐程中勵磁(ci)電流存在漸變(bian)過程，在這一👌過(guo)程中磁感應強(qiang)度處于非穩定(dìng)狀态，變化的磁(cí)場🔞穿過由被測(cè)流🌐體、測量🏃🏻‍♂️電極(jí)、電極引出線和(he)變送器共同組(zu)成的閉合回路(lu)，實際中⁉️該回路(lu)不可能與磁⛱️力(li)線保持平行，此(ci)時勵磁線圈相(xiang)當于變壓器的(de)初級線圈，閉合(he)🏒回🏃路等價于隻(zhi)有一匝的次級(jí)線圈且回路大(da)小可等效🎯爲回(hui)路電感。根據“變(bian)壓器效應”會産(chan)生一個尖峰即(ji)微👅分幹擾疊加(jia)在電極👄上，影響(xiǎng)流量的測量。
1微(wēi)分幹擾相關研(yan)究
　　當前消除微(wēi)分噪聲主要從(cóng)信号處理方面(mian)入手，并❤️未對影(ying)響🧡噪㊙️聲的因素(su)加以研究。建立(li)電極測量回路(lù)等效模型，給😄出(chu)仿真模型搭建(jian)、參數取值和仿(pang)真結果分♌析。
2電(diàn)極測量回路模(mó)型建立
2.1測量回(hui)路等效模型
　　測(cè)量電極與流體(ti)介質接觸時會(hui)發生電化學反(fǎn)應［7］在電極－溶📱液(yè)界面形成阻抗(kàng)，通常由法拉第(di)阻抗與雙電㊙️層(ceng)電容并聯組成(chéng)。法💋拉第過程分(fen)爲電荷傳遞過(guo)程和擴散過程(cheng)，相應㊙️的法拉第(di)阻抗由電荷傳(chuan)遞👄電阻與擴散(san)阻抗串聯組成(chéng)。一般電磁流量(liang)計的勵磁頻率(lü)大于1Hz，而擴散阻(zǔ)抗發生在更低(dī)頻率内，不考💯慮(lü)擴散過程，電🔱極(jí)等效阻抗爲電(diàn)荷傳遞電阻與(yǔ)雙電層電容并(bing)聯後再與電極(jí)接觸電阻串聯(lian)。基于電極阻抗(kàng)建立的電極等(deng)效測量回路如(ru)圖1所示。

　　圖中：Rs1和Rs2爲電(diàn)荷傳遞電阻；C1和(hé)C2爲雙電層電容(rong)；Rt爲兩個測量🈲電(diàn)極間的接觸電(diàn)阻滿足Rt＝Rt1＋Rt2；Lx爲勵磁(ci)線圈等效電感(gan)；L1爲閉合回路等(děng)效🙇🏻電感🔞；R1和R2爲放(fang)大器輸入電阻(zu)；P1和P2爲由“變壓器(qi)效♈應”疊加在測(ce)量電極上的微(wei)分幹擾；U1爲流體(ti)切割磁力線産(chǎn)生的感應電勢(shì)；Ue爲勵磁電壓。假(jia)設磁感應強度(dù)由勵磁電流決(jué)定且成正比關(guān)系☀️即B＝aI，忽略串模(mo)🔱等幹擾則電極(jí)間電壓爲感應(ying)電勢與♉微分幹(gàn)擾的疊加，基本(ben)方程如下：

則微(wēi)分幹擾的量化(hua)表達式爲：

　　式中(zhōng)，Rx爲勵磁線圈銅(tóng)耗電阻。由于在(zài)兩個測量電極(jí)上感應🌏出的流(liú)量信号大小相(xiang)等方向相反，可(kě)對其中一⁉️個電(dian)極進行研究。對(dui)👅于電極A，假設單(dān)電極回路⚽的總(zǒng)阻抗爲ZA，則：

2.2參數(shù)取值
　　電極上的(de)感應電動勢在(zai)沒有經過放大(dà)之前一般🛀🏻很小(xiao)，取值在幾毫伏(fu)到幾百毫伏之(zhi)内，仿真中流速(sù)感應🈲電勢取10mV。放(fàng)大器的輸入電(diàn)阻遠遠大于内(nèi)阻，文獻［8］中給出(chū)電荷傳遞電阻(zu)爲Rs＝50Ω。電極接觸電(dian)阻與溶液電導(dǎo)率有關一般取(qǔ)Rt＝15kΩ。雙電層電容C1＝20μF。将(jiang)各參數值代入(ru)到式（7）中，可得k1＝0.998，T1＝0.001，T＝9.9×10－4。理(lǐ)想情況兩個電(diàn)極參數取值相(xiang)等，實際中兩者(zhe)會存💯在差異對(duì)于電🌈極B可取K1＝0.997，T1＝9.75×10－4，T2＝9.74×10－4。
3基(ji)于MATLAB的電極信号(hao)仿真
3.1仿真模型(xing)
　　基于Matlab中Siumlink對電極(ji)信号進行仿真(zhēn)，勵磁方式爲三(san)值波勵磁，勵磁(cí)頻率f＝25Hz，傳感器參(cān)數D＝40mm、Rx＝88.8Ω、Lx＝162mH，勵磁系統參(can)數Ue＝100V、穩态電流I0＝200mA。
　　基(ji)于電極測量回(hui)路搭建的仿真(zhen)模型如圖2所示(shì)，圖中信号模💰塊(kuài)🆚pulsGenerator通過加法器、乘(chéng)法器得到勵磁(cí)電流。由公式（1），在(zai)固定流速下感(gan)應電勢與勵磁(cí)電流成正比，通(tōng)過增加Gain1模塊得(dé)到感💔應電勢信(xìn)号。對勵磁電流(liu)進行求導即經(jing)模塊Derivative得到微分(fen)噪聲，其中Gain值與(yu)Lx和L1相關。感應電(diàn)勢與噪聲經Add1疊(dié)加🌈之後得到電(diàn)極信号E1（t）。scope觀察輸(shu)出信号波形。
　　仿(páng)真波形和真實(shí)波形如圖3所示(shì)。将傳感器參數(shù)代入🚶到勵磁電(diàn)📞流穩态調節時(shi)間［9］公式中，得電(diàn)流上升時間爲(wei)360μs，測得實際上升(shēng)時間爲390μs，兩者相(xiàng)差不大，驗證了(le)仿真模型的正(zheng)确性。


3.2仿真(zhēn)實驗
　　仿真試驗(yan)中，設定線圈等(děng)效電感取值範(fan)圍爲162～212mH，間隔10mH；閉合(he)回路等效電感(gǎn)範圍0.2～1mH，間隔爲0.2mH；雙(shuang)電層電容、接觸(chu)電阻随流體電(dian)導率變化而變(biàn)化，電導率增大(da)接觸電阻和雙(shuāng)電層電容減小(xiao)而電荷傳遞電(dian)阻增大。可🚶設定(dìng)電極接觸電阻(zu)、雙電層電容和(hé)電荷傳遞電阻(zǔ)範圍分别爲5～15kΩ、10～20μF和(he)50～60Ω，由公式（7）知🤞，可用(yong)T2表示上述三者(zhe)關系。仿真參數(shu)取值不同情況(kuàng)下，通過MATLAB工具箱(xiāng)對仿真測量得(de)到的🥰幹擾峰值(zhi)進行曲線拟合(hé)畫出相應的曲(qu)線圖。其中仿真(zhen)數據和相對應(ying)的曲線方程如(rú)表1～表4所示，曲線(xiàn)圖如圖4～圖6。

3.3仿真(zhēn)結果分析
　　圖4爲(wei)改變勵磁線圈(quān)等效電感其它(tā)值保持不變時(shi)測得的幹擾👉結(jie)果，可以看出，當(dāng)線圈等效電感(gan)取值不同時，幹(gàn)擾峰♉值存‼️在變(bian)化，電感越大線(xian)圈中電流上升(shēng)（下降）時間越長(zhǎng)，微分幹擾♌越大(dà)。

　　圖5爲改變(biàn)測量回路等效(xiào)電感即等價于(yú)改變交變💜磁😍力(li)✉️線😄穿過測量回(hui)路等效面積時(shi)測得的幹擾結(jie)果，随着值增大(da)幹擾呈逐漸增(zeng)大的趨勢。因此(cǐ)要避🔞免電極走(zǒu)線偏離，盡量💃保(bao)持回❗路與磁🛀力(li)線平行以減小(xiao)幹擾。

　　圖6爲電極等效(xiào)阻抗值變化時(shi)測得的幹擾結(jié)果，當溶液電導(dǎo)🏒率改變時電極(jí)等效阻抗值變(biàn)化，同樣會對微(wēi)分噪聲産生較(jiào)大影♻️響。電導率(lü)越大幹擾峰值(zhi)越小。

4結束語
　　運(yun)用MATLAB仿真軟件對(dui)電磁流量計電(diàn)極信号進行建(jiàn)模仿真💛，通🛀🏻過🚶該(gāi)模型分析勵磁(ci)線圈等效電感(gan)、閉合回🚩路和電(diàn)極🐆等效♻️阻抗取(qu)值⭕變化情況下(xia)微分幹擾變化(hua)，得到影響微分(fen)幹擾原因。

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